考虑附体输入约束的高速多体船预测控制减纵摇方法

作     者：胡浩俊 张军 刘志林 李国胜 HU Haojun;ZHANG Jun;LIU Zhilin;LI Guosheng

作者机构：江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013 哈尔滨工程大学智能科学与工程学院黑龙江哈尔滨150001 

出 版 物：《中国舰船研究》 (Chinese Journal of Ship Research)

年 卷 期：2021年第16卷第4期

页      面：140-146页

学科分类：0707[理学-海洋科学] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51379044,41674037) 江苏省高校优势学科建设工程(三期)资助项目(PAPD-2018-87) 

主　　题：高速多体船 减纵摇 状态估计 预测控制 反馈校正 

摘      要：[目的]针对高速多体船的升沉和纵摇运动幅度过大,以及减摇附体有着严格输入约束问题,提出一种基于扩展卡尔曼状态估计的预测控制减纵摇方法。[方法]建立由T型翼和压浪板作为减摇附体的多体船垂向控制模型,分析升沉/纵摇运动的耦合性以及模型的不确定性。为了获取减纵摇控制信号,将海浪有色干扰白化处理,构建扩展的多体船状态估计模型,采用自适应卡尔曼滤波器在线估计多体船的升沉速度和纵摇角速度。在此基础上,提出有输入约束的预测控制减纵摇算法,定义系统实际状态值与预测值之间的误差,获得带有线性变化误差校正的预测状态模型;通过误差反馈校正提高减纵摇控制鲁棒性,并将减纵摇控制问题转化为有输入约束的二次规划问题,通过数值解法实现预测控制滚动优化求解。[结果]仿真结果表明,在考虑反馈校正的预测控制作用下,船体升沉位移减少约40%,纵摇角减少约50%。[结论]采用反馈校正的预测控制提高了减纵摇系统的控制精度和鲁棒性,在实际工程中具有重要意义。